Сольватация и комплексообразование оксида графена в водно-органических средах

Получены наиболее энергетически выгодные структуры оксида графена (ОГ) с фиксированным количеством атомов углерода и периодические структуры с оптимальным распределением и соотношением кислородсодержащих групп на его поверхности. Изучено взаимодействие кислородсодержащих групп ОГ с растворителями различной природы, оценены энергетические и геометрические параметры связывания молекулами воды, метанола, этанола, этиленгликоля и диметилсульфоксида. На основании спектров поглощения в УФ-видимой области, а также результатов квантово-химических расчетов впервые показана принципиальная возможность пересольватации гидрата ОГ, установлены концентрации ОГ, при которых наблюдается самоассоциация в дисперсии, выявлены закономерности изменения спектральных характеристик в зависимости от природы и состава растворителя и концентрации растворенного вещества. Изучена сорбция катионов Gd³⁺ и Mn²⁺ методом релаксации ядерного магнитного резонанса в зависимости от кислотности раствора, а также в присутствии одно- (Cs⁺, Na⁺), двух- (Ca²⁺, Sr²⁺) и трехзарядных (Ga³⁺, Lu³⁺) катионов металлов. Анализ данных позволяет сделать вывод о том, что катионы Gd³⁺ и Mn²⁺ ковалентно связываются с карбоксильными группами, расположенными на краях дефектов внутри листов ОГ. Показано, что на каждые 200 атомов углерода ОГ приходится один дефект, декорированный карбоксильными группами, способный ковалентно связывать катионы. Такая структура объясняет природу сильной кислотности водных растворов ОГ.